[發明專利]一種交流異步傳動系統動力輸出方法

有效

• 申請號: 201010292527.8
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101938251A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 丁榮軍;李華湘;元約平;陳致初;胡勇峰
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種傳動系統動力輸出控制方法，尤其是涉及一種針對逆變器和交流異步驅動電機組成的電傳動系統在直流電源供電的情況下，?因為直流電源容量較小而導致負載時電源電壓頻繁波動的情況，提升交流異步電傳動系統動力輸出能力的一種策略和方法。本發明特別適用于供電電源容量較小、負載時電源電壓頻繁波動的場所，如城市軌道客車、純電動車、混合動力客車、野外移動作業車等。

背景技術

在電傳動車輛中，異步傳動系統由逆變器1和異步電機4兩大部件組成，采用變頻調速，如圖1所示：逆變器1采用VVVF控制，其輸入側為直流電源5（即直流側），輸出側為異步電機4提供頻率f和幅值都可調節的交流電U_ab，控制異步電機4平滑地運行在需要的轉速，為車輛提供機械動力。

在直流側電源母線電壓U_dc為額定值U_dcN的條件下，異步傳動系統的峰值動力輸出調速特性如圖2所示。其區域可分為:“升壓恒轉矩區”、“升壓恒功率區”、“恒壓恒功率區”、“恒壓自然特性區”。在每一區域，異步電機4具有不同的輸入電壓和負載特性。

在實際應用中經常面臨這樣的情形：車載電源或供電網因為容量較小，逆變器直流側母線電壓U_dc（即電源電壓）隨負荷大小頻繁波動：在負荷很大時，電源電壓U_dc大幅下降，比額定值U_dcN低，甚至接近最低允許值U_dcmin；在負荷較小時，電源電壓較高，超過額定值U_dcN。逆變器直流側電源的電壓實際在一個范圍內波動U_dcmin～U_dcmax，例如在城市軌道交通中，其中一種制式直流側母線電壓U_dc的范圍500～1000V，在電動汽車中情形基本相似，只不過逆變器直流側母線電壓的波動更頻繁。而逆變器1的直流側母線電壓的大小直接影響其交流輸出側電壓，尤其是輸出電壓的最大幅值，最終影響異步電機4的功率輸出。

當逆變器1直流側母線電壓U_dc＜?U_dcN時，如圖2所示升壓區域無法完成，異步電機4的輸出能力將降低；當逆變器1直流側母線電壓U_dc＞?U_dcN輸出時，實際的升壓區將超過圖2所示升壓區，異步電機4的輸出能力將會增強。不同的傳動系統輸出策略導致不同的電機輸出和不同的系統綜合效率。

隨著頻率的上升，電機轉速提高，當電機端電壓U_ab變化不能達到圖2中電壓U_ab曲線的要求時，在每一調速區域異步電機的輸出特性將發生變化，能否提供負載的極限動力需求是傳動系統設計必須面對的問題。而在這樣的情況（甚至出現極端情況），動力車輛要求其牽引傳動系統的極限輸出特性要滿足最低的動力需求。因此，傳動系統的選擇需要校核需用電源電壓范圍內的動力匹配問題，即校核傳動系統峰值動力輸出Map圖和車輛動力需求Map圖的吻合性。

直流側母線電壓U_dc的大小直接關聯逆變器輸出的交流電壓的升壓區的寬窄和最大電壓幅值，即異步電機的輸入電壓U_ab的幅值上升區域和極限幅值，影響電機的中、高速區的輸出性能。不同的傳動系統控制策略，會得到效果迥異的輸出性能。在目前的應用中，如果直流側母線電壓U_dc降低，一般采取降低電機輸出功率的方式來保證傳動系統的可靠性和穩定性。常用的策略是：以圖2中的各區域為基礎，在直流側母線電壓較低的情況下，按U_dc/U_dcN為倍率降低交流異步電機輸出功率，按（U_dc/U_dcN）²倍率降低交流異步電機恒功區的轉矩。在直流側母線電壓U_dc較高的情況下，一般采取斬波方式按U_dcN特性線輸出。